Un apparato multistrato ultra-pulito per la raccolta di plancton marino dimensioni frazionato e particelle in sospensione
Summary
Plancton e particelle in sospensione giocano un ruolo importante nei cicli biogeochimici nell’oceano. Qui, forniamo un metodo ultra-pulito, basso sforzo per la raccolta di varie dimensioni delle particelle e plancton in mare con la capacità di gestire grandi volumi di acqua di mare.
Abstract
Le distribuzioni di numerosi oligoelementi nell’oceano sono fortemente associate con la crescita, la morte e rimineralizzazione del plancton marino e quelli delle particelle sospese/affondamento. Qui, presentiamo un tutto in plastica (polipropilene e policarbonato), filtrazione multistrato sistema per la raccolta del particolato sospeso (SPM) in mare. Questo dispositivo di campionamento ultra-pulito è stato progettato e sviluppato specificatamente per gli studi dell’oligoelemento. Meticolosa selezione di tutti i materiali non metallici e l’utilizzo di una procedura di flusso continuo in linea riduce al minimo qualsiasi possibile contaminazione del metallo durante il campionamento. Questo sistema è stato correttamente testato e ottimizzato per la determinazione di metalli in tracce (ad es., Fe, Al, Mn, Cd, Cu, Ni) sulle particelle di varie dimensioni in acque costiere e aperta dell’oceano. Risultati dal mare cinese del Sud presso la stazione di South East Asia Time-Series (posti) indicano che variazioni diurne e distribuzione spaziale di plancton in zona eufotica può essere facilmente risolto e riconosciuti. Analisi chimica delle particelle di dimensione-frazionato nelle acque superficiali dello stretto di Taiwan suggeriscono che le particelle più grandi (> 153 µm) sono stati per lo più biologicamente derivati, mentre le particelle più piccole (10-63 µm) erano principalmente composto di materia inorganica. Oltre a Cd, le concentrazioni di metalli (Fe, Al, Mn, Cu, Ni) è diminuito con l’aumento di dimensioni.
Introduction
Le particelle nell’oceano giocano un ruolo importante nei cicli biogeochimici marini1. La maggior parte delle proprietà delle particelle, quali dimensioni, mineralogia e composizione, può cambiare radicalmente da un contesto geologico o idrografico per un altro2. Inoltre, le distribuzioni di elementi nell’oceano inoltre sono associate con il ciclo di vita del fitoplancton marino: crescita, morte, affondando e rimineralizzazione3,4. Marine particelle estendono almeno 4 ordini di grandezza in dimensione, che vanno da particelle di submicron per grandi aggregati (> 5 mm). La maggior parte delle particelle biologicamente derivate, da processi quali virale Lisi, essudazione, secrezione, produzione di pellet fecali, ecc. Altre particelle sono formate da coagulazione fisica delle cellule, detriti cellulari o lithogenic materiali1. Varie caratteristiche chimiche e biologiche delle particelle controllano sia i cicli geochimici e processi biologici che si verificano su e all’interno le particelle4,5,6. Queste particelle sono habitat importanti così come le fonti di cibo per alcuni organismi, come zooplancton o saprotrophs. Di conseguenza, il destino delle particelle è spesso legato alla loro dimensione, che possa essere modificate da processi biologici su e intorno a particelle.
Campionamento marine particelle solitamente richiede filtrazione, ma questo approccio introduce una certa ambiguità nell’individuare le proprietà delle particelle, poiché le particelle marine non sono omogenee in composizione e dimensione. Particelle sospese, composte principalmente da particelle di piccola e bassa densità che sono quasi permanentemente in sospensione, sono mescolate con diverse quantità di particelle più grande e più dense in sospensione solo per un breve periodo di tempo, a seconda delle condizioni idrodinamiche 7. i primi rapporti della composizione dei campioni di plancton metallo traccia sono stati raccolti dalla risalita di plancton o sospensione plancton reti su una nave di ricerca8. Gli autori spesso trovano particelle di metallo e vernice chip nei campioni, suggerendo un grave problema di contaminazione durante il campionamento di particelle marine per l’analisi chimica. Altri sforzi includono netto traino di gommoni o utilizzando un cloruro di polivinile (PVC)-mano verricello3. La difficoltà di campionamento affidabile delle particelle fa progressi nella nostra comprensione della composizione chimica delle particelle marine più difficile, soprattutto per gli oligoelementi. Come tale, più cruciali informazioni sulla concentrazione di oligoelementi in fitoplancton sono venuto dalla cultura studi9,10. Questo riconoscimento ha motivato gli scienziati marini per creare nuovi metodi per lo studio delle particelle nel mare negli ultimi trent’anni11.
Gli oceanografi hanno usato varie tecniche di campionamento, compreso la fiancata della nave filtrazione, in situ , e sedimenti trappole11. L’elaborazione di grandi volumi di acqua di mare per raccogliere campioni non contaminati può essere difficile, soprattutto per il mare aperto e acque profonde in cui la concentrazione di particelle sono molto bassa (0.001 – 0.1 mg/L). Inoltre è necessario filtrare grandi volumi di acqua di mare per ottenere un’adeguata quantità di particelle per misurare le concentrazioni di metallo traccia. Alcuni ricercatori hanno usato il metodo dimensione-frazionamento per separare particelle sospese dall’affondamento di particelle. Tuttavia, la forma, porosità, densità e dimensione delle particelle può tutte le particelle di influenza le velocità di affondamento. Trappole di sedimenti non sono strumenti pratici per raccogliere le particelle in sospensione, poiché quelli sono progettati per l’affondamento di particelle. Pertanto, è importante sviluppare metodi di campionamento e trattamento che possono raccogliere una quantità sufficiente di particelle in sospensione con contaminazione minima. Quindi, dimensione-frazionamento mediante filtrazione in situ è ancora un promettente strumento nel pannello strumenti di campionamento dell’oceanografo, poiché si possono rivelare informazioni critiche sulle dinamiche delle particelle marino. Qui, descriviamo una collaudata con successo traccia-metallo-pulire, filtrazione multistrato gravità campionamento apparato, che può trattare grandi volumi (120-240 L) di acqua di mare a bordo in una sola passata da politetrafluoroetilene (PTFE) rivestito bottiglie di campionamento di acqua in un matrice di campionamento multi-bottiglia. Questo apparato di campionamento utilizza reti di nylon sintetico acido lavato in sequenza, e le reti sono racchiusi all’interno di un contenitore in policarbonato per raccogliere delicatamente frazionati dimensione sospesa materia e fitoplancton12,13, 14,15 (Figura 1). Lo scopo di questo lavoro è quello di fornire uno strumento migliore per studiare le associazioni di particella di metallo e le loro dinamiche di reazione negli ambienti marini e migliorare la nostra comprensione del destino di una vasta gamma di plancton e particelle di metalli in traccia in questi ambienti.
Protocol
Representative Results
Discussion
Come ottenere affidabile traccia metallo concentrazioni di plancton e particelle in sospensione nelle acque naturali, che sono generalmente presenti a concentrazioni molto basse, richiede grande attenzione durante la raccolta del campione, elaborazione, pretrattamenti e analisi, con l’obiettivo di riducendo la contaminazione. Di conseguenza, le procedure per progettare e preparare l’attrezzatura di campionamento, contenitori per campioni e materiali utilizzati per raccogliere e campioni di processo sono tutti elementi cr…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori ringraziano Miss Pi-Fen Lin, Mr. Wei-polmone Tseng, Miss Pei-Hsuan Lin e Dr. Lu Jia Chuan per la loro assistenza durante il campo campionamento e analisi di laboratorio per lo sviluppo pratico e l’applicazione di “CATNET.” L’assistenza dell’equipaggio e tecnico a bordo della nave da ricerca Ocean Research-I e Ocean Research-II durante le spedizioni di campionamento è molto apprezzato. Questo lavoro è stato sostenuto in parte da Taiwan Ministero della scienza e tecnologia di concede 91-2611-M-002-007, 95-2611-M-002-009, 96-2611-M-002-004, 97-3114-M-002-006, 104-2611-M-002-019. Questo manoscritto è scritto in memoria di Miss Wen-Huei Lee per la sua dedizione immensa e il contributo di ricerche marine in Taiwan.
Materials
| thermoplastic elastomer (C-Flex) Tubings | Cole Palmer | EW-06424-67 | O.D. 0.635 cm, Opaque White 1/8"ID x 1/4"OD, 25 ft/pack |
| LDPE Bottle (Nalgene) | ThermoFisher Scientific | 2103-0004 | 125 mL, Nalgene Wide-Mouth LDPE Bottles with Closure |
| anionic protease enzyme detergent detergent (Tergazyme) | Alconox | 1104-1 | 1×4 lb box (1.8 kg) |
| Hydrochloric Acid | Sigma-Aldrich | 258148 | Reagent grade |
| Nitric acid | Sigma-Aldrich | 695025 | Reagent grade |
| alkaline detergnet (Micro) | Cole Palmer | EW-99999-14 | Micro-90 Cleaning Solution |
| polycarbonate filter, 47 mm, 0.4 µm | Sigma-Aldrich | WHA111107 | Whatman Nuclepore Track-Etched Membranes, diam. 47 mm, pore size 0.4 μm, polycarbonate |
| polycarbonate filter, 47 mm, 10 µm | Sigma-Aldrich | WHA111115 | Whatman Nuclepore Track-Etched Membranes, diam. 47 mm, pore size 10 μm, polycarbonate |
| PFA vessel, 60 ml capacity | Savillex | 300-060-03 | 60 mL Digestion Vessel, Flat Interior, Flat Exterior, Buttress Threaded Top |
| Nitric acid, ultrapure | Seastar Chemicals | N/A | BASELINE Nitric Acid |
| HF, ultrapure | Seastar Chemicals | N/A | BASELINE Hydrofluoric Acid |
| Boric acid, ultrapure | Seastar Chemicals | N/A | BASELINE Hydrobromic Acid |
| polyethylene (PE) gloves | Safty Zone | GDPL-MD-5 | Clear Powder Free Polyethylene Gloves |
| Multiple layer filtering and collecting device | Sino Instrumnets Co. Ltd | not available | Multiple layer filtering and collecting device, CATNET |
| 10 um Nylon filters, Nitex | Dynamic Aqua-Supply Ltd. | NTX 10 | Nitex – Standard Widths (40 – 44 inches) |
| 60 um Nylon filters, Nitex | Dynamic Aqua-Supply Ltd. | NTX 60 | Nitex – Standard Widths (40 – 44 inches) |
| 150 um Nylon filters, Nitex | Dynamic Aqua-Supply Ltd. | NTX 150 | Nitex – Standard Widths (40 – 44 inches) |
| torque wrench | Halfords | 200238 | Halfords Professional Torque Wrench 8-60Nm |
| multi-bottle sampling array, Rosette | General Oceanics | Model 1018 | Rosette Sampler |
| PTFE-coated sampling bottles, GO-Flo | General Oceanics | 108020T | GO-Flo water sampler teflon coated |
| Marine sediment reference materials | National Research Council Canada | MESS-3 | |
| Estuarine sediment standard reference material | National Institute of Standards and Technology | 1646a | |
| Plankton reference material | The European Commission's science and knowledge service | CRM414 |
Referências
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